书城自然科学滑波、泥石流防范与自救
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第2章 认识滑坡(2)

上述地带的叠加区域,就构成了我国滑坡发生的密集区域。例如从太行山到秦岭,经鄂西、四川、云南到藏东一带就是这种典型地区,滑坡发生的频率很高,危险程度很大,造成的损失很严重。

滑坡的分布现状

我国地幅辽阔,山系众多,环境复杂,很多山都发生过多次不同程度的滑坡。从长白山到海南岛、从台湾岛至青藏高原都是发生过灾害的区域。相对比较而言,在南北方向上,秦岭—淮河一线大致上与年降雨量为800毫米的等值线相吻合,用它作为界限,那么南部的滑坡灾害聚集密布,北部相对较少。在东西方向上面,以第一阶梯东部以大兴安岭—张家口—兰州—西藏林芝一线为界,东部聚集比较密集,西部相对较少;以第二阶梯的东缘大兴安岭—太行山—鄂西山地—云贵高原东缘为界,西部地区的滑坡分布较密,而东部地区的则较稀少。在上面提到的那两条分界线之间,即第一阶梯的东部和第二阶梯西部,如云南、贵州、四川三省,甘肃南部、西藏东部和黄土高原沟壑区,是我国的滑坡发生的密集区和多发区。而台湾地区、闽浙丘陵和喜马拉雅山南麓则是其第二分布地。其他地区的滑坡灾害主要在湖、河、堤坝、水库边和道路两边的边坡等位置发生。

滑坡形成的条件

滑坡形成条件概述

地球表面的岩石大多数是层状分布的。去过大峡谷的人都会看到这些分层的岩石。这些岩石有的是水平的,有的是倾斜的,有的厚,有的薄。造成滑坡的根本原因是重力。只要是地球上的东西都会受到重力,并且一直存在。一般情况下,重力都是平衡的。即使沿面下滑,也构不成滑坡的条件。滑坡的发生往往是因为外界其他因素引起的,就像是我们过年的时候放的鞭炮一样,你要不用明火引燃,它就不会爆炸,你一点燃,它就会发出惊天动地的声音。当外界的因素突然使保持平衡的重力失衡,变成了引起下滑的下滑力,在瞬间释放,那么就形成了滑坡。我们把那些外界的能够引起滑动的变化,称为滑坡的触发因素。

前面我们也提到了一些能够触发滑坡的原因,其最主要的三个原因如下。

1.地震

地震是触发滑坡的重要原因之一,因为地震产生的滑坡往往突然、巨大,造成的损失严重。世界上最大的滑坡都是因为地震引起的。2.水

触发滑坡的水主要是指连续的降雨和冰雪融化的水,这些水使土壤饱和、润滑、浮升,造成滑坡。3.人 人类不合理的开发和挖掘,破坏了山体的力学平衡,容易导致滑坡的产生。

滑坡形成的地质构造条件

陡倾、层面、顺层、节理、缓倾、裂隙等直立的坡体软弱结构面都是可能引起滑坡的主要条件。在自然界中,滑坡多发于断层破碎带。因为岩石、山坡受到重力的影响,在弯曲移动的时候,软弱结构面就会成为控制滑坡规模及其性质的重要边界条件。滑坡发育与地质构造背景息息相关,因为在发生地质构造运动的时候,不知不觉中就会形成各种各样的软弱结构面,有的就有可能是滑坡的边界面。比如说原生软弱夹层、沉积间断面、裂隙、劈理、节理等。可能发展成为滑动面的主要软弱结构面有:

(1)缓倾状态的大型节理面。(2)覆盖层与岩层的界面,它们之间存在的差异性使它们不仅拥有岩性界面,而且还有水文地质界面。因此比较容易发生滑坡。(3)可能存在的软弱面。(4)坡度较小的岩层层理面。(5)由泥质、黏土组成的层、裂隙。(6)由本地堆积层和外来堆积层一起组成的堆积层界面,这种由不同岩层构成的堆积面可能发展成为软弱面。(7)断层泥、断层面组成的界面。(8)软弱夹层面。

以下几种情况为可发展成滑坡后壁、侧壁的主要软弱结构面:

(1)陡倾的断层面。(2)沉积边界面。(3)各种陡倾节理。

卸荷裂隙

事实上,我们还需要注意滑坡中的卸荷裂隙。卸荷裂隙在坡体中普遍存在,无论坡体高矮,对原生结构面和构造结构面的增长和拓宽起到非常大的作用。这种作用能切割坡体,使坡体更加破碎,甚至还会出现新的卸荷裂隙,使平行或略陡于坡面的缓倾角呈现出来,这种卸荷裂隙会逐渐发育成剪切面,然后使滑坡形成。

滑坡形成的外部条件

1.降雨

根据调查研究,80%以上的滑坡发生在雨季。一场大雨正在下,或者是下完一场大雨之后,很容易发生滑坡。雨水对坡面的作用:

(1)侵蚀、软化作用。水滴石穿,雨水对岩石有很强的软化作用,特别是对软弱岩,因为雨水不能透过这些软弱岩,只好停留在它的表面,这样就会增加对软弱岩的侵蚀作用。受过侵蚀的岩土的抗剪能力明显变弱,这样容易产生滑坡。(2)增重作用。雨水渗透进岩石之后,岩石的重量就会快速增加,再加上雨水在渗入地下后产生的静水压力和动水压力,这样就破坏了山坡本来的平衡状态,这时平衡状态就转变成了滑动状态,从而使滑坡产生(3)水劈作用。当大量的雨水流进拉张裂缝后,裂缝中的水就能产生较大的侧向压力,就像有一双手把裂缝壁向两边推一样,促使滑坡发生。

降雨时长和降雨强度都对滑坡产生影响。实际情况表明:降雨的时间越长,降雨量越大,滑坡发生的次数就会越多。很多时候连续不断的降雨比短时间的暴雨更容易发生滑坡。

2.地下水

地下水活动破坏滑坡的稳定性,大多数地下水来自降雨。主要表现在:(1)它削弱岩(土)体抗滑力,改变滑坡的力学性能,降低滑坡的强度,尤其是软弱结构面的抗剪强度。(2)它改变坡体的应力状态,增加水压力(包括动、静两部分)。地下水对滑坡稳定性的作用力主要是指静水压力(浮力)和动水压力(渗透力)。(3)地下水对岩土层裂缝内的充填物有软化作用,在流动的过程中,将一些细小的颗粒带走,这样就降低了缝内充填物的凝聚力。

3.地表水在滑坡形成的过程中起到非常复杂的作用。主要表现在:(1)地表水会跟降雨混在一起,随着运动逐渐流进坡体里面,成为地下水。(2)江、河、湖、海等地表水,常年对着岸坡冲刷,有淘蚀的作用,特别是针对正常高水位和最低水位之间的软质岩层,腐蚀最大,容易发生滑坡。(3)横向环流对河流凹岸冲刷的时候产生腐蚀,容易造成滑坡。(4)我国北方春融期的浮冰对岸坡滑坡有明显的促进作用。(5)地表水的升降与地下水的变化息息相关,从而对滑坡造成影响。

4.地震引发的滑坡往往规模庞大。因为地震发生的时候,不仅有水平震动,而且有垂直震动。水平震动促进滑坡的发育,上下垂直震动致使坡体松散,这样加快了滑坡的形成。例如汶川地震就诱发了很多规模巨大的滑坡。比如北川县城滑坡和唐家山堰塞湖滑坡就是典型的实例。降雨对滑坡有所影响,但是远远不能诱发这么巨大的滑坡,它的发生完全就是由地震引起的。可见地震力对滑坡和崩塌的发生和规模所起的作用是何其巨大。

5.温度温度变化对滑坡有特殊作用。

各种矿物的膨胀系数和导热性都有所不同,由这些不同的物质构成的坡体地层引起的温度变化也是不一样的。影响温度变化因素:

(1)有些是自然能源引起的,比如火山、地下煤层自燃等,这些热源主要是作用在坡体内部。(2)有些温度变化是自然气候引起的,比如日温差变化、季节温差变化、年温差变化等,主要是作用在坡体表面。温度变化对滑坡的影响:(1)因为热源是多方面的,所以温度就会出现不均匀的状态,这样坡体就会在同一时间内交错受到收缩应力和膨胀应力两个不同的力,这样就会加快岩层的分化,对滑坡的发育起到推进作用。(2)因为温度的变化,坡体就会出现热胀冷缩的效应,这样坡体长期处于超重的总趋势。(3)水对于温度的变化是比较敏感的。夹缝里面的温度比较低,当它降到一定程度的时候,水就会变成冰,这时它的体积就会变大,造成膨胀,膨胀力作用于裂缝壁,对坡体产生“冰劈作用”,加速滑坡的形成。

6.植被

植被对于滑坡来说就像是一把双刃剑,一方面,高大的树干可以给滑坡造成阻碍,使它的速度变慢,缩短运动距离。而且根深的灌木和草可以起到固坡、防治表层滑坡的作用。另一方面则促进滑坡发生,植物的根是长在裂缝里面的,随着树木根部增大,裂缝就会越来越大,根还会产生有机酸分解矿物质,致使其分裂,引发滑坡和崩塌的加速发育。

滑坡发生的地形条件

地形是发生滑坡的最基本条件。地形的主要看斜坡坡度、高度和斜坡形态。

1.滑坡发生的最佳斜坡坡度

据四川攀西调查资料,方量在10万立方米以上的滑坡(含崩塌)816个,按斜坡平均坡度分级进行统计。

滑坡开始大量发生,这是它的一个转折点。当坡度在35°的时候多数为滑坡,因此可以看出斜坡坡度在21°~35°时为滑坡形成、发生的最佳坡度。根据滑坡、崩塌发生的斜坡坡度特征,可将斜坡分为四级:(1)滑坡发生最少的地形,斜坡坡度小于10°。(2)滑坡发生较多的地形,斜坡坡度为10°~20°。(3)滑坡发生很多的地形,斜坡坡度为20°~35°。据调查统计,绝大多数的滑坡发生在坡度21°~35°的斜坡上,攀西地区86.6%的滑坡发生在21°~35°的斜坡上。所以将坡度21°~35°定为滑坡发生的最佳坡度。

(4)滑坡发生较少的地形,35°以上的斜坡滑坡分布逐渐减少。

2.滑坡发生的最佳斜坡形态

自然界的斜坡形态多种多样,我们从两方面进行分析。

(1)斜坡横向形态。斜坡横向上(顺沟河延伸方向)分为“凸”型坡、“凹”型坡和顺直坡。①“凸”型坡:“凸”型坡比较陡峭,有利于大型滑坡。不过单薄的山角,则不利于大型滑坡形成。②“凹”型坡:“凹”型坡大多是古崩塌体的残留后壁或老滑坡体后壁,这个地方地表水和地下水汇聚在一起,很有可能诱发碎石土滑坡或老滑坡复活。③顺直坡:顺直坡一般较稳定。

(2)斜坡纵向形态。斜坡纵向上(垂直于沟河延伸方向)分为阶梯状陡坡形、缓坡—陡坡形、陡坡—缓坡形和线状陡坡形。

①阶梯状陡坡形:有利于中大型滑坡的发育。

②缓坡—陡坡形:有利于中大型滑坡的发育,很多冲沟源头沟掌地形都属于缓坡—陡坡形。由于强烈的沟头的侵蚀作用,沟掌地形很容易就会发生滑坡,例如四川会理县沙坝沟沟头的滑坡。如果横向的“凸”型坡与纵向的缓坡—陡坡形相复合,那么就会成为大型滑坡发生的最佳场所。我国大多数滑坡就属于这一类。

③陡坡—缓坡形:它是典型的河流宽谷段斜坡形态,平常很少会发生滑坡。

④线状陡坡形:这种斜坡一般发生在冲沟的中游和上游,平常不会发生大型的滑坡,但是小型的残积滑坡则随处可见,这就是俗语说的“山剥皮”。

3.有效临空面

临空面是指岩土体滑动时自由空间的边界面。当斜坡岩土体被结构面切割,并和它周围的母体连接分离且跟临空面组合的时候,这个斜坡就有可能形成危险斜坡。这类临空面就叫做有效临空面。但是,并不是所有的坡面都能够转化成为滑动面然后暴露,这部分就不能叫做有效临空面,只能说是一般的临空面。由此可见,滑坡发育的必要条件不仅仅是指坡体处于一面临空、两面临空或三面临空状态,问题的关键是有没有有效临空面。

从滑坡发育来看,一个坡面往往有一个有效临空面,但是在有些情况下,可以有两个或者两个以上有效临空面。这时候的临空面就会有主要和次要的分别。坡向与将要转化为滑动面的软弱结构面倾向一致或者快要成为一致有效临空面,就是主要的有效临空面。

4.坡高的影响

根据调查研究发现,滑坡的体积跟它的相对坡高有明显的关系。(1)一般不会发生滑坡:相对坡高10米以下。(2)发生小型滑坡:相对坡高10~50米。(3)发生中型滑坡:相对坡高50~100米。(4)发生大型滑坡:相对坡高100米以上。

滑坡形成的地层岩性条件

并不是所有的岩土物质都可以发生滑坡,或者经常发生滑坡。在一个滑坡聚集的地方,必定与它的岩石性质有很密切的关系。这些地层不仅本身极易发生滑坡,而且它们被风化之后,产生的破碎物品也很容易发生移动,甚至覆盖在它们之上的外来堆积层,都可以沿着基岩或风化破碎产物的顶面形成滑动。这些地层被称为“易滑岩组”。与易滑岩组相对应的还有一些属于“偶滑岩组”。在偶滑岩组分布范围内很有可能会发现一些滑坡,但是数量很少,因为它的基岩滑坡很少,或者说是不可能存在发生覆盖层滑坡。偶滑地层滑坡的分布一般都是零星的,它们没有区域集中的特征。我们把除易滑岩组、偶滑岩组之外的岩组归为稳定岩组。

1.易滑岩组(又称易滑地层)

有利于滑坡形成发生的地层岩组称为易滑岩组。易滑岩组并非都已经发生了滑坡,只要已经具备了所有易滑岩组特性的岩性组合,不管这类岩石有没有发生滑坡,都叫做易滑岩组,属于这一范畴。一般说来,易滑岩组包括呈区域性分布的黏性土、页岩、泥岩、泥质粉、细砂岩、侏罗纪泥岩、白垩纪泥岩、页岩泥质砂岩、粉砂岩、煤系地层、三叠纪以前的砂板岩、千枚岩等。自然界中,在易滑岩组出露区内,覆盖层滑坡数量大体上与易滑岩组本身发生过的数量一样,甚至覆盖层滑坡数量很有可能会比易滑岩组本身的滑坡数量多。由此可以认为,易滑岩组的易滑特性一般是以大量出现的覆盖层滑坡表现出来的,这是由其自身的特点所决定的。